曲げモーメントとは?求め方・公式・単位を施工管理技士試験向けにわかりやすく解説

構造力学

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曲げモーメント(Bending Moment)は、構造力学の中でも最重要の概念のひとつです。2級・1級建築施工管理技士試験でも頻出のテーマですので、定義・単位・求め方をしっかり理解しておきましょう。

曲げモーメントとは

曲げモーメントとは、部材を曲げようとする力の大きさのことです。梁(はり)や柱などの構造部材に荷重が作用すると、部材の断面には「曲げようとする力」が生じます。この力の大きさを曲げモーメント(M)と呼びます。

曲げモーメントが大きいほど部材は大きく曲がろうとするため、断面設計では曲げモーメントに耐えられる断面積・断面形状を選定する必要があります。

曲げモーメントの単位

曲げモーメントの単位は「力 × 距離」で表します。SI単位系ではN·m(ニュートン・メートル)またはkN·m(キロニュートン・メートル)を使います。建築・土木の実務ではkN·m、試験ではN·mやkN·mが混在します。

曲げモーメントの求め方・公式

曲げモーメントは「力 × 力の作用点から基準点までの距離」で求めます。

M = F × L(力 × 距離)

単純梁(両端支持梁)の最大曲げモーメント

スパン中央に集中荷重Pが作用する単純梁の最大曲げモーメントは、梁のスパン中央で発生します。

最大曲げモーメント Mmax = P × L ÷ 4

例:スパン6m、中央集中荷重30kNの単純梁 → Mmax = 30 × 6 ÷ 4 = 45kN·m

等分布荷重w(kN/m)が作用する単純梁の最大曲げモーメントも同様に中央で最大となります。

Mmax = w × L² ÷ 8

例:スパン6m、等分布荷重10kN/mの単純梁 → Mmax = 10 × 6² ÷ 8 = 10 × 36 ÷ 8 = 45kN·m

片持ち梁の最大曲げモーメント

片持ち梁(一端固定・他端自由)に先端集中荷重Pが作用する場合、最大曲げモーメントは固定端で発生します。

Mmax = P × L

例:スパン3m、先端集中荷重20kNの片持ち梁 → Mmax = 20 × 3 = 60kN·m

曲げモーメント図(M図)とは

曲げモーメント図(M図)は、部材の各断面における曲げモーメントの大きさを図示したものです。試験では「M図を描け」という問題が頻出です。単純梁に中央集中荷重が作用する場合、M図は三角形(中央で最大)になります。等分布荷重の場合は放物線状になります。

曲げモーメントとせん断力の関係

曲げモーメントMとせん断力Qには密接な関係があります。せん断力Qは曲げモーメントMの微分(変化率)に等しく、「曲げモーメントが最大となる点でせん断力はゼロになる」という重要な性質があります。この関係はM図とQ図を描く際の確認に役立ちます。

試験対策のポイント

施工管理技士試験の構造力学では、曲げモーメントに関して以下の問題が頻出です。単純梁・片持ち梁の最大曲げモーメントの計算、曲げモーメント図の形状(三角形・放物線)の判断、「最大曲げモーメントはどこに発生するか」という位置の問題などです。公式(Mmax = PL/4、Mmax = wL²/8、Mmax = PL)は必ず暗記しておきましょう。

まとめ

曲げモーメントとは部材を曲げようとする力の大きさで、単位はN·m・kN·mです。単純梁の中央集中荷重ではMmax=PL/4、片持ち梁では Mmax=PLが基本公式です。施工管理技士試験では毎年出題される最重要テーマですので、公式と図の形状をセットで覚えましょう。

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